電(dian)(dian)(dian)(dian)氣工程及(ji)其(qi)自動化涉及(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)力電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)技術(shu),計算機(ji)技術(shu),電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)技術(shu)信息(xi)與網絡(luo)控(kong)制技術(shu),機(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)一(yi)(yi)體化技術(shu)等諸多領(ling)域,是(shi)(shi)一(yi)(yi)門(men)綜合性較強(qiang)的學科,其(qi)主要(yao)特點是(shi)(shi)強(qiang)弱電(dian)(dian)(dian)(dian)結(jie)(jie)合,機(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)結(jie)(jie)合,軟硬件結(jie)(jie)合,電(dian)(dian)(dian)(dian)工技術(shu)與電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)技術(shu)相(xiang)結(jie)(jie)合,元件與系(xi)統相(xiang)結(jie)(jie)合,使學生獲得電(dian)(dian)(dian)(dian)工電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)、系(xi)統控(kong)制、電(dian)(dian)(dian)(dian)氣控(kong)制、電(dian)(dian)(dian)(dian)力系(xi)統自動化、電(dian)(dian)(dian)(dian)氣自動化裝置及(ji)計算機(ji)應用技術(shu)等領(ling)域的基本(ben)技能。
1、電力系(xi)統基本概念
1)電力系(xi)統定義
由發(fa)電(dian)廠(chang)內的(de)發(fa)電(dian)機、電(dian)力(li)網(wang)內的(de)變(bian)壓(ya)器和(he)輸電(dian)線路以(yi)及(ji)用戶的(de)各種(zhong)用電(dian)設備,按照一定(ding)的(de)規(gui)律連接(jie)而組(zu)成的(de)統一整體,稱為電(dian)力(li)系統。
2)電力系統的組(zu)成
電(dian)(dian)(dian)(dian)力系統由發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)廠的(de)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)、電(dian)(dian)(dian)(dian)力網(wang)及電(dian)(dian)(dian)(dian)能用(yong)戶(用(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)設備)組成的(de)。
3)電(dian)力系統電(dian)壓等級
系統額定電壓:電力系統各(ge)級電壓網絡的標稱電壓值。
系統額(e)定電壓值是(shi):220V、380V、3kV、6kV、10kV、35kV、63kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750 kV。
4)電力設備
電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)系(xi)統(tong)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氣設備(bei)分(fen)為一(yi)次(ci)設備(bei)和(he)(he)二次(ci)設備(bei),一(yi)次(ci)設備(bei)(也稱(cheng)主設備(bei))是(shi)構(gou)成(cheng)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)系(xi)統(tong)的(de)主體,它是(shi)直(zhi)接(jie)生產、輸送和(he)(he)分(fen)配電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)能的(de)設備(bei),包括發電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)變壓器(qi)(qi)、斷(duan)路(lu)器(qi)(qi)、隔離開關、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)母線(xian)、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)纜和(he)(he)輸電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)線(xian)路(lu)等。二次(ci)設備(bei)是(shi)對(dui)一(yi)次(ci)設備(bei)進行控制(zhi)、調節、保護和(he)(he)監測的(de)設備(bei),它包括控制(zhi)器(qi)(qi)具、繼電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)保護和(he)(he)自動裝置、測量儀(yi)表(biao)、信號器(qi)(qi)具等。二次(ci)設備(bei)通(tong)過電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓互感器(qi)(qi)和(he)(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流互感器(qi)(qi)與一(yi)次(ci)設備(bei)取(qu)得電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)聯系(xi)
2、電力系(xi)統故障(zhang)及其危害
凡造成電(dian)力系統運行不正常的任何連接或(huo)情況(kuang)均(jun)稱為(wei)電(dian)力系統的故(gu)障(zhang)(zhang)。電(dian)力系統的故(gu)障(zhang)(zhang)有多種類型(xing),如短(duan)路(lu)(lu)、斷線或(huo)它們的組合。短(duan)路(lu)(lu)又(you)(you)稱橫向故(gu)障(zhang)(zhang),斷線又(you)(you)稱為(wei)縱向故(gu)障(zhang)(zhang)。
短(duan)(duan)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)故障可分(fen)為三(san)相(xiang)(xiang)(xiang)短(duan)(duan)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、單相(xiang)(xiang)(xiang)接(jie)地(di)短(duan)(duan)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(簡稱(cheng)(cheng)單相(xiang)(xiang)(xiang)短(duan)(duan)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu))兩相(xiang)(xiang)(xiang)短(duan)(duan)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)和兩相(xiang)(xiang)(xiang)接(jie)地(di)短(duan)(duan)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu),注(zhu)意(yi)兩相(xiang)(xiang)(xiang)短(duan)(duan)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)和兩相(xiang)(xiang)(xiang)接(jie)地(di)短(duan)(duan)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)是(shi)兩類不同性(xing)質的短(duan)(duan)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)故障,前(qian)者無(wu)短(duan)(duan)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)電流流入(ru)地(di)中,而后者有。三(san)相(xiang)(xiang)(xiang)短(duan)(duan)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)時三(san)相(xiang)(xiang)(xiang)回(hui)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)依舊是(shi)對(dui)稱(cheng)(cheng)的,故稱(cheng)(cheng)為對(dui)稱(cheng)(cheng)短(duan)(duan)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu);其他幾種短(duan)(duan)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)均(jun)使三(san)相(xiang)(xiang)(xiang)回(hui)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)不對(dui)稱(cheng)(cheng),因此稱(cheng)(cheng)為不對(dui)稱(cheng)(cheng)短(duan)(duan)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)。
斷(duan)線故(gu)(gu)(gu)障(zhang)(zhang)(zhang)可(ke)分為(wei)(wei)單(dan)(dan)相斷(duan)線和兩(liang)相斷(duan)線。斷(duan)線又稱為(wei)(wei)非全相運行,也是一種不對稱故(gu)(gu)(gu)障(zhang)(zhang)(zhang)。大多數情況下在(zai)電(dian)力系(xi)統中一次只有(you)一處故(gu)(gu)(gu)障(zhang)(zhang)(zhang),稱為(wei)(wei)簡(jian)單(dan)(dan)故(gu)(gu)(gu)障(zhang)(zhang)(zhang)或單(dan)(dan)重故(gu)(gu)(gu)障(zhang)(zhang)(zhang),但有(you)時(shi)可(ke)能有(you)兩(liang)處或兩(liang)處以上故(gu)(gu)(gu)障(zhang)(zhang)(zhang)同時(shi)發生,稱為(wei)(wei)復(fu)雜故(gu)(gu)(gu)障(zhang)(zhang)(zhang)或多重故(gu)(gu)(gu)障(zhang)(zhang)(zhang)。
短(duan)路故(gu)障(zhang)一旦發生,往(wang)(wang)往(wang)(wang)造成十分(fen)嚴重的后果(guo),主要有(you):
(1) 電流(liu)急劇增大。短(duan)路(lu)時的(de)電流(liu)要比正常工作電流(liu)大得多,嚴重時可(ke)達正常電流(liu)的(de)
十幾(ji)倍。大型發(fa)電(dian)(dian)機出線端三相短(duan)(duan)路電(dian)(dian)流可達幾(ji)萬甚(shen)至十幾(ji)萬安培。這樣大的電(dian)(dian)流將(jiang)產(chan)(chan)生巨大的沖擊(ji)力(li),使電(dian)(dian)氣(qi)設(she)備(bei)變形或(huo)損壞,同時會大量發(fa)熱(re)使設(she)備(bei)過熱(re)而(er)損壞。有時短(duan)(duan)路點產(chan)(chan)生的電(dian)(dian)弧可能直接(jie)燒壞設(she)備(bei)。
(2) 電(dian)壓大(da)幅度下降。三相短(duan)路(lu)(lu)時,短(duan)路(lu)(lu)點(dian)的(de)電(dian)壓為零(ling),短(duan)路(lu)(lu)點(dian)附(fu)近的(de)電(dian)壓也明顯(xian)下
降(jiang),這將(jiang)導致用電設備無法正常工作,例如異(yi)步電動機轉速(su)下降(jiang),甚至停轉。
(3) 可(ke)能使電(dian)力系統(tong)運行的穩(wen)定性遭(zao)到破壞。電(dian)力系統(tong)發(fa)生短路(lu)后(hou),發(fa)電(dian)機輸出(chu)的電(dian)
磁功(gong)率(lv)減少,而(er)原(yuan)動(dong)機(ji)輸入的(de)機(ji)械(xie)功(gong)率(lv)來(lai)不及相應(ying)減少,從而(er)出現不平(ping)衡(heng)功(gong)率(lv),這將導致發(fa)(fa)(fa)電機(ji)轉(zhuan)子加速。有的(de)發(fa)(fa)(fa)電機(ji)加速快(kuai),有的(de)發(fa)(fa)(fa)電機(ji)加速慢,從而(er)使得(de)發(fa)(fa)(fa)電機(ji)相互間的(de)角(jiao)度(du)差越來(lai)越大,這就(jiu)可能(neng)引起(qi)并列(lie)運行(xing)的(de)發(fa)(fa)(fa)電機(ji)失去同步(bu),破壞系統的(de)穩定性,引起(qi)大片地區(qu)停電。
(4) 不(bu)(bu)對稱(cheng)短路時系統中(zhong)(zhong)將流(liu)過不(bu)(bu)平衡電流(liu),會(hui)在鄰近平行的通訊線路中(zhong)(zhong)感應出很高
的電勢和(he)很大的電流,對通(tong)訊(xun)產生干(gan)擾,也可能(neng)對設備和(he)人身造(zao)成危險。
在以(yi)上后果中(zhong),最嚴重的(de)是電(dian)力系統并列運(yun)行穩定性(xing)的(de)破(po)壞,被(bei)喻(yu)為國民經濟(ji)的(de)災難,其次(ci)是電(dian)流的(de)急劇增大。
除此之外,電(dian)力(li)(li)系(xi)(xi)統(tong)中(zhong)還可(ke)能出現一些不(bu)正常(chang)工作狀(zhuang)態,如電(dian)氣設備超過(guo)(guo)額定(ding)值運行(稱為過(guo)(guo)負(fu)荷),它也將使(shi)電(dian)氣設備絕緣加速(su)老化,造成故障(zhang)隱患甚至發(fa)展成故障(zhang);如發(fa)電(dian)機尤其是(shi)水輪發(fa)電(dian)機突然甩(shuai)負(fu)荷引起定(ding)子(zi)繞組(zu)的(de)過(guo)(guo)電(dian)壓(ya)、電(dian)力(li)(li)系(xi)(xi)統(tong)的(de)振(zhen)蕩(dang)、電(dian)力(li)(li)變壓(ya)器和發(fa)電(dian)機的(de)冷卻系(xi)(xi)統(tong)故障(zhang)以及電(dian)力(li)(li)系(xi)(xi)統(tong)的(de)頻率下降等(deng)。系(xi)(xi)統(tong)中(zhong)的(de)故障(zhang)和不(bu)正常(chang)運行狀(zhuang)態都可(ke)能引起電(dian)力(li)(li)系(xi)(xi)統(tong)事故,不(bu)僅使(shi)系(xi)(xi)統(tong)的(de)正常(chang)工作遭到破壞(huai)(huai),甚至可(ke)能造成電(dian)氣設備損壞(huai)(huai)和人身傷亡。
3、電力系統繼(ji)電保護
電(dian)(dian)力系統(tong)(tong)(tong)中的各元(yuan)件之間有十分緊密的電(dian)(dian)或電(dian)(dian)磁聯系,一旦某個元(yuan)件發生(sheng)故障(zhang),電(dian)(dian)氣(qi)信息將以(yi)近似(si)光(guang)的速度向(xiang)系統(tong)(tong)(tong)各處傳播(bo)。這(zhe)種故障(zhang)不可能用人工手動(dong)方(fang)法(fa)排除而必須有高速自動(dong)化的裝置來排除。這(zhe)是保(bao)證電(dian)(dian)力系統(tong)(tong)(tong)安(an)全運(yun)行最有效的方(fang)法(fa)。
電(dian)(dian)力系統(tong)繼電(dian)(dian)保護就是一門研究這種自(zi)動識(shi)別故(gu)障(zhang)并排除(chu)故(gu)障(zhang)元件的(de)自(zi)動裝置的(de)技(ji)術學科(ke)。也(ye)就是說,繼電(dian)(dian)保護自(zi)動裝置是能反應電(dian)(dian)力系統(tong)中電(dian)(dian)氣元件故(gu)障(zhang)或(huo)不正常運(yun)行狀態并動作于斷(duan)路器跳閘或(huo)發出指(zhi)示信號的(de)一種自(zi)動裝置。
1)繼電保護的作(zuo)用
I、自動、迅(xun)速、有選擇性的將故(gu)障(zhang)元(yuan)件(jian)從電力(li)系(xi)統中切除,使(shi)故(gu)障(zhang)元(yuan)件(jian)免(mian)于繼續遭到破(po)壞,保證無故(gu)障(zhang)部(bu)分迅(xun)速恢復正常運行。
II、反應電氣元件的不(bu)正常運行狀態,并根據運行維護條件,而動作于(yu)發(fa)出信號或(huo)跳閘。
2)繼電保(bao)護裝置(zhi)
當電(dian)力系(xi)統中的電(dian)力元件(jian)(如發(fa)電(dian)機、線路等)或電(dian)力系(xi)統本身(shen)發(fa)生了故障危及電(dian)力系(xi)統安全(quan)運行時(shi)(shi),能夠(gou)向運行值(zhi)班人員及時(shi)(shi)發(fa)出警告信號,或者(zhe)直接向所控制(zhi)的斷路器發(fa)出跳閘命令以終(zhong)止(zhi)這些事件(jian)發(fa)展的一種自動化措(cuo)施和設備(bei)。實現這種自動化措(cuo)施的成(cheng)套設備(bei),一般通稱為繼(ji)電(dian)保護裝(zhuang)置。
3)繼電保護裝置(zhi)的組成及(ji)工作原理
一般繼電保護裝置由測量(liang)比較(jiao)元(yuan)(yuan)件(jian)、邏輯(ji)判(pan)斷元(yuan)(yuan)件(jian)和執(zhi)行(xing)輸出元(yuan)(yuan)件(jian)三部(bu)分組成(cheng)。
I、測量(liang)比(bi)較(jiao)(jiao)元件:測量(liang)通(tong)過(guo)被(bei)保護(hu)的電(dian)力元件的物理參量(liang),并與給(gei)定的值進行比(bi)較(jiao)(jiao),根(gen)據比(bi)較(jiao)(jiao)的結果,給(gei)出“是”、“非”、“0”或(huo)“1”性質的一組邏輯信(xin)號(hao),從而判(pan)斷(duan)保護(hu)裝(zhuang)置是否應該啟(qi)動。
II、邏(luo)(luo)輯(ji)(ji)判(pan)斷元件(jian):根據測量(liang)比較(jiao)元件(jian)輸(shu)出的(de)邏(luo)(luo)輯(ji)(ji)信號的(de)性質(zhi)、先后順序、持(chi)續時間等,使(shi)保護裝(zhuang)置按一定的(de)邏(luo)(luo)輯(ji)(ji)關系判(pan)定故障的(de)類型和范圍,最后確定是否(fou)應該使(shi)斷路器跳(tiao)閘(zha)、發出信號或不動作,并將對應的(de)指令(ling)傳(chuan)給執行(xing)輸(shu)出部分。
III、執行(xing)輸出元件:根(gen)據邏輯判斷部分傳來(lai)的(de)(de)指令,發出跳開斷路器(qi)的(de)(de)跳閘脈沖(chong)及相(xiang)應(ying)的(de)(de)動作(zuo)信息、發出警報或不(bu)動作(zuo)。
4) 繼電保護的分類
I、按被保(bao)護(hu)的(de)對象分類:輸電(dian)(dian)線(xian)路保(bao)護(hu)、發電(dian)(dian)機(ji)保(bao)護(hu)、變壓器保(bao)護(hu)、母線(xian)保(bao)護(hu)、電(dian)(dian)動(dong)機(ji)保(bao)護(hu)等。
II、按保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)原理分(fen)類:電流保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)、電壓保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)、距(ju)離保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)、差動保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)、方(fang)向保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)、零序(xu)保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)等(deng)。
III、按保護(hu)所反(fan)應故障類型分類:相間短路(lu)保護(hu)、接地短路(lu)保護(hu)、匝間短路(lu)保護(hu)、斷線(xian)保護(hu)、失(shi)(shi)步(bu)保護(hu)、失(shi)(shi)磁(ci)保護(hu)及過(guo)勵磁(ci)保護(hu)等。
IV、按繼(ji)電(dian)保護(hu)(hu)裝置的實現(xian)技術分類:機電(dian)型(xing)保護(hu)(hu)、整流(liu)型(xing)保護(hu)(hu)、晶體管型(xing)保護(hu)(hu)、集成電(dian)路(lu)型(xing)保護(hu)(hu)、微機型(xing)保護(hu)(hu)。
V、繼電保護(hu)測(ce)量(liang)值(zhi)(zhi)(zhi)與整定(ding)(ding)值(zhi)(zhi)(zhi)的關系分類(lei):過(guo)量(liang)保護(hu)(測(ce)量(liang)值(zhi)(zhi)(zhi)﹥整定(ding)(ding)值(zhi)(zhi)(zhi))、欠量(liang)保護(hu)(測(ce)量(liang)值(zhi)(zhi)(zhi)﹤整定(ding)(ding)值(zhi)(zhi)(zhi))
VI、按保(bao)護所起的(de)作用分類:主保(bao)護、后備(bei)保(bao)護、輔助保(bao)護等。
主(zhu)保護(hu)(hu)(hu)是指滿足(zu)系統穩定和設備安(an)全要求,能以最快速度有選(xuan)擇地切除被保護(hu)(hu)(hu)設備和線路故障的(de)保護(hu)(hu)(hu)。
后(hou)備(bei)(bei)保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)是指主(zhu)保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)或斷(duan)路(lu)器(qi)拒(ju)動(dong)(dong)(dong)時(shi)(shi)用來(lai)切除故障的(de)(de)保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)。又分為近(jin)后(hou)備(bei)(bei)保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)和遠后(hou)備(bei)(bei)保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)。近(jin)后(hou)備(bei)(bei)保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu):在本元件處裝設(she)兩套(tao)保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu),當(dang)主(zhu)保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)拒(ju)動(dong)(dong)(dong)時(shi)(shi),由本元件的(de)(de)另一套(tao)保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)動(dong)(dong)(dong)作(zuo)。遠后(hou)備(bei)(bei)保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu):當(dang)主(zhu)保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)拒(ju)動(dong)(dong)(dong)時(shi)(shi),由該電力設(she)備(bei)(bei)或線路(lu)的(de)(de)另一套(tao)保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)實現(xian)后(hou)備(bei)(bei)的(de)(de)保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu);當(dang)斷(duan)路(lu)器(qi)拒(ju)動(dong)(dong)(dong)時(shi)(shi),由斷(duan)路(lu)器(qi)失靈保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)來(lai)實現(xian)的(de)(de)后(hou)備(bei)(bei)保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)。
5)繼電保護的(de)基本要求(qiu):
選擇性、速動性、靈(ling)敏性、可靠(kao)性
可靠性(xing)是指保護(hu)該動(dong)作(zuo)(zuo)(zuo)時應動(dong)作(zuo)(zuo)(zuo),不該動(dong)作(zuo)(zuo)(zuo)時不動(dong)作(zuo)(zuo)(zuo)。
選(xuan)擇性(xing)是指首先由(you)(you)故障(zhang)設備或(huo)(huo)線路本身(shen)的(de)(de)保(bao)(bao)護(hu)切除(chu)故障(zhang),當(dang)故障(zhang)設備或(huo)(huo)線路本身(shen)的(de)(de)保(bao)(bao)護(hu)或(huo)(huo)斷路器拒(ju)動時,才允許由(you)(you)相(xiang)鄰設備、線路的(de)(de)保(bao)(bao)護(hu)或(huo)(huo)斷路器失靈保(bao)(bao)護(hu)切除(chu)故障(zhang)。
靈敏性是指在設備或線路的被保護范(fan)圍內發(fa)生故障時(shi),保護裝置(zhi)具有的正確動(dong)作能力(li)的裕(yu)度(du),一般以(yi)靈敏系數來描述。
速(su)動性(xing)是指保(bao)護裝置應能盡快(kuai)地切除短路(lu)故障(zhang),其目的是提高(gao)系統穩定性(xing),減輕故障(zhang)設備(bei)和線路(lu)的損壞程度,縮(suo)小故障(zhang)波及范圍,提高(gao)自動重合閘和備(bei)用(yong)電(dian)源或備(bei)用(yong)設備(bei)自動投入的效(xiao)果等。
4、變電站綜合自動(dong)化系統
利用先進的(de)計算機技術、現代電(dian)(dian)子技術、通信(xin)技術和(he)信(xin)息處理技術等實(shi)現對變(bian)(bian)電(dian)(dian)站二次設(she)(she)備(bei)(包(bao)括繼電(dian)(dian)保護、控制(zhi)、測(ce)量(liang)(liang)、信(xin)號、故障錄(lu)波(bo)、自動裝置及(ji)遠動裝置等)的(de)功能進行重新(xin)組合、優(you)化(hua)設(she)(she)計,對變(bian)(bian)電(dian)(dian)站全部設(she)(she)備(bei)的(de)運(yun)(yun)行情況執行監視、測(ce)量(liang)(liang)、控制(zhi)和(he)協調的(de)一種綜(zong)合性(xing)的(de)自動化(hua)系統。通過變(bian)(bian)電(dian)(dian)站綜(zong)合自動化(hua)系統內各設(she)(she)備(bei)間相互(hu)交換信(xin)息,數據(ju)共享,完成(cheng)變(bian)(bian)電(dian)(dian)站運(yun)(yun)行監視和(he)控制(zhi)任務。